大跨度張弦預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼整體提升施工技術(shù)

□文/張俊鐸 鄧應(yīng)平 陳立軍 張永坡 王巖

大跨度張弦預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼整體提升施工技術(shù)

□文/張俊鐸 鄧應(yīng)平 陳立軍 張永坡 王巖

文章詳細(xì)介紹了鋼結(jié)構(gòu)整體二步提升的施工技術(shù)。該技術(shù)解決了現(xiàn)有網(wǎng)架施工周期長，施工現(xiàn)場場地極其狹小，不具備用超大噸位吊車安裝的條件，同時(shí)避免第2次提升吊掛層后，高空施工作業(yè)問題。通過在天津市中心城區(qū)軌道交通綜合控制中心工程的實(shí)際應(yīng)用，很好的驗(yàn)證了該方法的可行性，為后續(xù)類似條件工程提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

鋼結(jié)構(gòu)；二步提升；大跨度；張弦預(yù)應(yīng)力；網(wǎng)殼

1　工程概況

天津市中心城區(qū)軌道交通綜合控制中心工程地下1層、地上5層，主體屋面頂標(biāo)高25.2 m，中間大跨弦支鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)部分頂標(biāo)高33.6 m。屋面網(wǎng)架上部采用正放四角錐焊接球節(jié)點(diǎn)弦支網(wǎng)架，下部安裝高釩索和吊掛層。

鋼網(wǎng)架東西跨度99 m，南北跨度52.9 m，高度約3.0 m，投影面積約5 000 m2，質(zhì)量520 t，網(wǎng)架支座高度21 m。焊接球節(jié)點(diǎn)，弦桿采用φ102 mm×4.5 mm、φ133 mm×5 mm、φ180 mm×8.0 mm、φ377 mm×25 mm、φ219 mm×10 mm圓管，焊接球分別采用D300 mm×8 mm、D350 mm×10 mm、D400 mm×12 mm、D450 mm×12 mm、D600 mm×18 mm、D650 mm×20 mm等截面的空心球。焊接球總數(shù)量為1 159個(gè)，桿件共計(jì)4 593根。下部吊掛層及高釩鎖質(zhì)量約為100 t，高釩索共計(jì)12根，南北向設(shè)置4條，東西向設(shè)置8條，抗拉強(qiáng)度1 670 MPa。

因現(xiàn)場場地狹小，網(wǎng)架四周有混凝土結(jié)構(gòu)，不具備用超大噸位吊車安裝的條件，所以在樓面進(jìn)行鋼網(wǎng)架的拼裝焊接，利用計(jì)算機(jī)控制液壓整體提升工藝進(jìn)行鋼網(wǎng)架的提升，高空進(jìn)行張拉施工。

2　施工技術(shù)特點(diǎn)

1）弦支網(wǎng)架的施工工序的確定。有限元軟件計(jì)算，模擬仿真施工過程，確定施工順序。

2）在2層和3層之間樓面呈月牙形的中空部位搭設(shè)腳手架，腳手架搭設(shè)完成后可與4樓樓面形成一個(gè)整體，再進(jìn)行鋼網(wǎng)架球節(jié)點(diǎn)X、Y坐標(biāo)的放樣，鋼網(wǎng)架的拼裝焊接。

3）根據(jù)有限元軟件分析，在3層樓面設(shè)置12個(gè)提升支架，安裝24個(gè)提升油缸，作為提升上吊點(diǎn)，網(wǎng)架提升單元下弦球做為下吊點(diǎn)，通過提升支架上安裝液壓提升器進(jìn)行提升，見圖1。

圖1　提升架立面

4）利用液壓同步提升系統(tǒng)和整體計(jì)算機(jī)控制將網(wǎng)架提升單元分二步進(jìn)行提升，第一步提升1.5 m，安裝吊掛層和12道高釩索，第二步整體提升到位。

5）提升到位后，依次安裝焊接后補(bǔ)桿，讓提升屋蓋與周圈混凝土柱形成整體結(jié)構(gòu)，再分批分級(jí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。

6）張拉后，液壓提升系統(tǒng)各吊點(diǎn)同步分級(jí)卸壓，使網(wǎng)架自重轉(zhuǎn)移至其自身支座。

3　提升工藝

3.1流程

中空部位腳手架搭設(shè)→網(wǎng)架樓面拼裝→焊接→焊縫檢測→提升支架的安裝→第一步整體提升1.5 m→吊掛層及高釩索構(gòu)件安裝→第二步整體提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高→后補(bǔ)桿件安裝焊接就位→預(yù)應(yīng)力施加→整體同步分級(jí)卸荷→網(wǎng)架整體就位。

3.2網(wǎng)架的提升架布置

通過有限元軟件計(jì)算和仿真，鋼網(wǎng)架提升支架設(shè)置12個(gè)，均勻分散坐落在3層結(jié)構(gòu)樓板上（框架梁位置），為確保支座穩(wěn)定，提升支架與其支座采用焊接，其支座與樓面下部有框架部位采用16條膨脹螺栓連接，見圖2。

圖2　提升架平面布置

3.3網(wǎng)架地面拼裝

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的拼裝主要在現(xiàn)場提升單元正下方的3層樓面上進(jìn)行，全部采用散拼焊接。首先設(shè)置網(wǎng)架安裝可調(diào)節(jié)支架，其次網(wǎng)格下弦構(gòu)件支撐胎架定位，然后將一個(gè)上弦球以及與之相連的腹桿組裝焊接形成正方四角錐，將四角錐以此連接形成一排，排形成面向四周擴(kuò)散，直至網(wǎng)架全部拼裝完畢。

3.4焊縫檢測

鋼網(wǎng)架地面拼裝完成后進(jìn)行整體安裝焊接和幾何尺寸檢測，焊縫等級(jí)為一、二級(jí)兩種，為保證焊接質(zhì)量，對(duì)所有焊縫進(jìn)行100%超聲波探并形成記錄，將不合格的焊縫重新返修，確保焊縫達(dá)到100%合格，待焊縫檢測完成并維修合格后，進(jìn)行現(xiàn)場提升支架的安裝。

3.5網(wǎng)架提升

1）鋼網(wǎng)架樓面拼裝完成后，第一次整體提升前，先進(jìn)行網(wǎng)架預(yù)提升，提升高度為200 mm，保證網(wǎng)架各個(gè)部位都離開樓面，提升后網(wǎng)架保持靜止荷載24 h，以觀察網(wǎng)架受力及變形情況。

2）持荷24 h后，網(wǎng)架無明顯變形后，則進(jìn)行網(wǎng)架第一步正式提升，提升至距樓面1.5 m處停止提升進(jìn)行吊掛層及高釩索構(gòu)件的安裝。

3）吊掛層及高釩索安裝完成，進(jìn)行網(wǎng)架的第二步整體提升，提升高度距3層樓面13.5 m處停止提升，安裝焊接后補(bǔ)桿件與周圈混凝土連接成整體。

4）網(wǎng)架后補(bǔ)桿件安裝焊接后，進(jìn)行網(wǎng)架拉索的預(yù)應(yīng)力張拉施工。

3.6預(yù)應(yīng)力張拉

1）根據(jù)設(shè)計(jì)提供的拉索預(yù)應(yīng)力值，進(jìn)行施工仿真計(jì)算，張拉力最大為2 400 t左右，采用2個(gè)1 500 t千斤頂、油泵及張拉工裝等設(shè)備。

2）預(yù)應(yīng)力鋼索張拉采用雙控，以索力控制為主、變形控制為輔。

3）張拉分2級(jí)，每次同步對(duì)稱張拉2根拉索，先張拉橫向拉索，再張拉縱向拉索。

4）第2級(jí)張拉時(shí)，油泵啟動(dòng)供油正常后，開始加壓，當(dāng)壓力達(dá)到鋼索設(shè)計(jì)拉力時(shí)，超張拉5%，然后停止加壓，完成預(yù)應(yīng)力鋼索張拉。張拉時(shí)，要控制給油速度，給油時(shí)間不應(yīng)低于0.5 min。

5）采用油壓傳感器監(jiān)測鋼索拉力的索力值，采用全站儀監(jiān)測鋼網(wǎng)殼變形值，保證施工完成后的索力、網(wǎng)殼變形值與設(shè)計(jì)單位所要求相吻合。

6）位移變形值監(jiān)控預(yù)警值為理論變形的±10%且不超過±5 mm，索力監(jiān)控預(yù)警值為理論值的±5%。

3.7卸荷

拉索最后一次張拉達(dá)到恒荷載設(shè)計(jì)值，液壓提升系統(tǒng)各吊點(diǎn)同步分級(jí)卸壓，使網(wǎng)架自重轉(zhuǎn)移至其自身支座；再進(jìn)行網(wǎng)架的卸載，拆掉所有臨時(shí)提升支架，網(wǎng)架安裝完成。

3.8檢測

檢測基準(zhǔn)點(diǎn)為首層地面±0.000，相當(dāng)于大沽高程5.2 m，共布置26個(gè)檢測點(diǎn)，檢測點(diǎn)布設(shè)于網(wǎng)架球體底部中心位置，共測量兩次。測量結(jié)果：經(jīng)觀測值和設(shè)計(jì)值比對(duì)，恒荷載下?lián)现底畲鬄?48 mm，最小為-6 mm，符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

4　提升原理及控制系統(tǒng)

4.1提升原理

超大型構(gòu)件液壓同步提升原理見圖3。

圖3　提升原理

4.2液壓設(shè)備

液壓提升承重設(shè)備主要采用穿芯式Y(jié)S-SJ型液壓提升器，YS-PP-11型液壓泵源系統(tǒng)為液壓提升器提供動(dòng)力并通過就地控制器對(duì)多臺(tái)或單臺(tái)液壓提升器進(jìn)行控制和調(diào)整，執(zhí)行液壓同步提升計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的指令并反饋數(shù)據(jù)。

4.3YS-CS-01型計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測系統(tǒng)

液壓同步提升施工技術(shù)采用傳感監(jiān)測和計(jì)算機(jī)集中控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報(bào)警等多種功能。計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測系統(tǒng)人機(jī)操作界面見圖4。

圖4　液壓同步提升計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面

5　提升過程中的穩(wěn)定性控制

5.1網(wǎng)架自身穩(wěn)定性控制

采用液壓提升整體同步提升網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，與用卷揚(yáng)機(jī)或吊機(jī)吊裝不同，可通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力和流量，嚴(yán)格控制起動(dòng)的加速度和制動(dòng)加速度，使其接近于零以至于可以忽略不計(jì)，保證提升過程中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5.2網(wǎng)架自身穩(wěn)定力的控制

通過對(duì)整體提升過程各種工況的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)提升安裝過程中的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行預(yù)先調(diào)整控制。

5.3液壓提升力的控制

通過預(yù)先分析計(jì)算得到的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升過程中各吊點(diǎn)提升反力數(shù)值，在液壓同步提升系統(tǒng)中，依據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)每臺(tái)液壓提升器的最大提升力進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。

5.4空中停留的穩(wěn)定性控制

由于本工程網(wǎng)架的提升工藝為分塊累積提升，為保證網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在暫停提升時(shí)的穩(wěn)定性，主要從以下幾個(gè)方面考慮。

1）液壓提升器自身獨(dú)有的機(jī)械和液壓自鎖裝置，保證了網(wǎng)架單元在整體提升過程中能夠長時(shí)間的在空中停留。

2）網(wǎng)架單元提升離地之前，應(yīng)在其立柱附近，將水平限位所需的鋼絲繩、卸扣和導(dǎo)鏈等預(yù)先掛好，方便隨時(shí)使用。

5.5提升過程同步控制措施

在正式提升之前液壓提升系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行充分的調(diào)試，液壓同步提升通過計(jì)算機(jī)控制各提升點(diǎn)同步，電腦控制界面實(shí)時(shí)顯示有各吊點(diǎn)的最大高差數(shù)據(jù)，以確保其在整個(gè)提升過程中能夠?qū)⑼骄瓤刂圃陬A(yù)先設(shè)定的安全范圍之內(nèi)。

6　結(jié)語

弦支網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)施工經(jīng)方案優(yōu)化，原來的“滿堂紅腳手架高空散拼”調(diào)整為現(xiàn)在的“計(jì)算機(jī)控制整體提升，高空分級(jí)張拉”的施工方法，從而降低了措施費(fèi)的投入，減少施工風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省資金過百萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著，施工完成后，經(jīng)實(shí)際測量均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。

□鄧應(yīng)平、陳立軍、張永坡、王巖/天津三建建筑工程有限公司。

TU391

C

1008-3197（2016）03-01-03

2016-04-26

張俊鐸/男，高級(jí)工程師，天津三建建筑工程有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.001